前言

Linux内核是使用最广泛的开源内核，在服务器和智能手机领域处于统治地位，物联网、大数据、云计算和人工智能等热点技术也离不开Linux内核。对于商业公司而言，采用开源的Linux内核可以享受很多好处，比如节约成本，可以利用行业先进的技术，还可以根据自己的需求定制、修改内核。对于个人而言，从Linux内核中可以学习先进的设计方法和编程技术，为内核贡献代码可以证明自己的技术实力。

可是，当我们准备学习Linux内核时，会发现Linux内核的代码庞大而复杂，在没有专业书籍指导的情况下，读懂代码是一件非常困难的事情。作者编写本书的目的是为想要深入理解Linux内核的软件工程师提供指导。

本书介绍4.12版本的Linux内核，建议读者在阅读本书时到Linux内核的官方网站中下载一份代码，对照代码学习。推荐使用“Source Insight”软件阅读代码。

Linux内核支持多种处理器架构，处理器架构特定的代码放在“arch”目录下。ARM处理器在手机和平板电脑等移动设备上处于统治地位。ARM处理器从ARMv7演进到支持64位的ARMv8, ARM公司重新设计了处理器架构，ARMv8定义了AArch64和AArch32两种执行状态，AArch64是64位架构；AArch32是32位架构，兼容ARMv7。因为ARMv8和ARMv7的差别很大，所以Linux内核把ARMv8和ARMv7当作两种不同的处理器架构，ARMv7架构的代码放在“arch/arm”目录下，ARMv8架构的代码放在“arch/arm64”目录下。人们通常把ARMv8架构的AArch64执行状态称为ARM64架构。本书在介绍Linux内核时选择ARM64处理器架构。

学习本书，需要具备ARM64处理器的基础知识，推荐以下两篇文档，读者可以从ARM公司的网站下载。

（1）“ARM Cortex-A Series Programmer's Guide for ARMv8-A”：这篇文档接近300页，适合入门学习。

（2）“ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile”：这篇文档有6000多页，写得很详细，适合当作工具书来查询。

学习内核，关键是要理解数据结构之间的关系和函数调用关系。内核中数据结构之间的关系错综复杂，函数调用层次深，有些函数中的分支非常多，一个函数就可能涉及很多技术，这些都是初学者学习中的障碍。作者建议读者在学习时抓住主要线索，弄清楚执行流程，刚开始不要过多关注函数的细节。为了方便学习，作者绘制了很多图来描述数据结构之间的关系和函数的执行流程。另外，作者在介绍每种技术时会先介绍使用方法，从使用方法开始学习技术，相信会对读者理解技术有很大的帮助。

全书内容共分为6章。

第1章介绍内核的引导过程，本书选择常用的引导程序U-Boot，读者可以从德国DENX软件工程中心的网站下载U-Boot的代码，对照学习。

第2章介绍内核管理和调度进程的技术原理。

第3章介绍内核管理虚拟内存和物理内存的技术原理。

第4章介绍内核处理异常和中断的技术原理，以及系统调用的实现方式。

第5章介绍内核实现的各种保护临界区的互斥技术。

第6章介绍内核的虚拟文件系统，内核使用虚拟文件系统支持各种不同的文件系统。

本书适用于维护或者开发Linux内核的软件工程师、基于Linux内核开发设备驱动程序的软件工程师，以及想要学习了解Linux内核的软件工程师和学生。

对于从事应用程序开发的软件工程师，是否有必要学习内核呢？应用程序通常使用封装好的库，看起来似乎和内核没有关系，但是库是在内核提供的系统调用的基础上做了一层封装。读者如果研究了库函数和内核配合实现库函数提供的功能，那么对软件运行过程的理解将会更深刻，个人的技术水平也将会提升到新的高度—能够设计开发出高质量的应用程序，在软件运行过程中出现问题时可以快速地分析定位。另外，内核代表了软件行业的最高编程技术，这些编程技术也适用于应用程序。

最后，感谢我的家人和朋友在本书编写过程中提供的大力支持，感谢提供宝贵意见的同事们，感谢提供技术支持的朋友们，感恩我遇到的众多良师益友。

余华兵

2019年春